(57)【要約】【課題】入力された各種の加工条件に基づいて被切削材のダメージを最小限に抑えつつ、加工時間を短くすることのできる切削加工条件を導出するようにした切削加工方法および切削加工システムを提供する。【解決手段】材料を削って被加工材の形状を形成する切削加工において、被切削材の状態、工具に作用する切削力と切削加工条件の関係を用いて、被切削材の状態の制限条件、切削力の制限条件に対して、その制限条件を満足するような条件のうち加工時間が短い切削加工条件を自動的に導出できる切削加工システム。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工材を切削して所望の形状に形成する切削加工方法において、被切削材の材料、加工後の形状、被切削材の状態、切削加工条件および工具に関する条件を入力し、工具に作用する切削力と切削加工条件の関係を用いて、被切削材の状態の制限条件、切削力の制限条件に対して、その制限条件を満足するような条件のうち加工時間が短い切削加工条件を自動的に導出するようにしたことを特徴とする切削加工方法。
【請求項２】
被切削材の状態を加工後の被切削材の残留応力とすることを特徴とする請求項１記載の切削加工方法。
【請求項３】
被切削材の状態を加工後の被切削材の硬さとすることを特徴とする請求項１記載の切削加工方法。
【請求項４】
被切削材の状態を加工後の被切削材に生じている塑性ひずみとすることを特徴とする請求項１記載の切削加工方法。
【請求項５】
被切削材の状態を加工中の被切削材の温度とすることを特徴とする請求項１記載の切削加工方法。
【請求項６】
被切削材の状態を加工後の被切削材の表面粗さとすることを特徴とする請求項１記載の切削加工方法。
【請求項７】
切削加工条件をすくい角、切込み、切削速度、送り、横切刃角の全てまたは一部とすることを特徴とする請求項１記載の切削加工方法。
【請求項８】
切削加工条件を工具形状および工具材質、またはそのいずれかとすることを特徴とする請求項１記載の切削加工方法。
【請求項９】
被切削材の状態の制限条件および切削加工条件の制限条件に基づいて決定した条件を切削加工機に自動的に反映する材料状態計算部を備えた特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の切削加工方法。
【請求項１０】
切削加工に係わる各種条件を入力するデータ入力部と、被切削材の材料状態データおよび各切削加工条件を蓄積しかつ整理してなるデータベースと、切削加工条件の範囲を入力し、送り条件を計算し応答曲面を作成する材料状態計算部と、データ入力部２からの入力条件と前記データベース部または材料状態計算部の関係に基づいて切削加工条件を選定する切削加工条件選定部と、この切削加工条件選定部によって選択された条件を出力する出力装置とから構成された切削加工制御装置と、前記切削加工条件選定部によって選択され、出力された切削加工に係わる各種条件をインターフェースを介して取込んで設定し、この設定値に基づいて数値制御によって機械加工を行う切削加工機とから構成されたことを特徴とする切削加工システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切削加工方法および切削加工システムに係わり、特に切削加工条件を決定する方法とそのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、切削加工システムとして、切削工具を回転させる主軸モータと、被切削材を移動させる送りモータとを切削工具上のトルク負荷で制御する数値制御工作機械（特許文献１）や、搬送システムを含む機械加工システムを自動または半自動で制御する多能加工装置（特許文献２）等が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭６１−１０２６０号公報。
【特許文献２】
特公平１−１６６２１号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら先行技術文献のいずれにも被切削材の材料、残留応力、硬さ、塑性ひずみ、切削時間、あるいは使用する工具の種類といった各種の加工条件を考慮して被切削材のダメージ（損傷）を最小限に抑えつつ、加工期間を短くするという技術的思想は開示されていない。
【０００５】
本発明は、入力された各種の加工条件に基づいて被切削材のダメージを最小限に抑えつつ、加工時間を短くすることのできる切削加工条件を導出するようにした切削加工方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係わる切削加工方法の発明は、被加工材を切削して所望の形状に形成する切削加工方法において、被切削材の材料、加工後の形状、被切削材の状態、切削加工条件および工具に関する条件を入力し、工具に作用する切削力と切削加工条件の関係を用いて、被切削材の状態の制限条件、切削力の制限条件に対して、その制限条件を満足するような条件のうち加工時間が短い切削加工条件を自動的に導出するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項１０に係わる切削加工システムの発明は、切削加工に係わる各種条件を入力するデータ入力部と、被切削材の材料状態データおよび各切削加工条件を蓄積しかつ整理してなるデータベースと、切削加工条件の範囲を入力し、送り条件を計算し応答曲面を作成する材料状態計算部と、データ入力部２からの入力条件と前記データベース部または材料状態計算部の関係に基づいて切削加工条件を選定する切削加工条件選定部と、この切削加工条件選定部によって選択された条件を出力する出力装置とから構成された切削加工制御装置と、前記切削加工条件選定部によって選択され、出力された切削加工に係わる各種条件をインターフェースを介して取込んで設定し、この設定値に基づいて数値制御によって機械加工を行う切削加工機とから構成されたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる切削加工方法および切削加工システムの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１の実施の形態）
まず、図１を参照して本発明に係わる第１の実施の形態を説明する。
図１は、切削加工機およびをそれを制御する切削加工制御装置を示すブロック図である。図１において、全体符号１で示したものは、計算機システムで構成された切削加工制御装置であり、この切削加工制御装置１は、切削加工に係わる各種条件を入力するデータ入力部２と、被切削材の材料状態データおよび各切削加工条件を蓄積しかつ整理してなるデータベース３と、切削加工条件の範囲を入力し、送り条件を計算し応答曲面を作成する材料状態計算部４と、データ入力部２からの入力条件と前記データベース部３または材料状態計算部４の関係に基づいて切削加工条件を選定する切削加工条件選定部５と、この切削加工条件選定部５によって選択された条件を出力する出力装置６とから構成されている。この出力装置６は例えばＣＲＴや液晶等のディスプレーとかプリンター等が該当する。
【００１０】
そして、前記切削加工条件選定部５によって選択され、出力された切削加工に係わる各種条件は、インターフェース７を介して切削加工機８に取込まれる。この切削加工機８は、取込んだ条件を自動的に切削加工機に設定し、この設定値に基づいて数値制御によって機械加工を行うように構成されている。
この切削加工機８の例としては、旋盤、ボール盤、中ぐり盤、エンドミル、マシニングセンタ等を挙げることができる。
【００１１】
図２は前記データ入力部２による切削加工に係わる各種入力条件の一例を示す構成図である。図２において、データ入力部２は以下述べる５種類の入力条件を入力するように構成されている。
【００１２】
すなわち、「被切削材の材料」に係わる入力条件２−１、「全切削深さ」や「切削範囲」等の加工後の形状に係わる入力条件２−２、「残留応力」、「硬さ」、「塑性ひずみ」、「温度」、「表面粗さ」等の被切削材の状態に係わる入力条件２−３、「すくい角度」、「切込み量」、「送り量」、「切削速度」、「横切刃角度」、「切削時間」、「切削回数」等の切削加工条件に係わる入力条件２−４、さらに「材料」、「コーティング」、「チップ型番」、「ノーズＲ」、「チップブレーカ形状」等の工具に係わる入力条件２−５を入力し得るように構成されている。
【００１３】
図３は前記材料状態データベース３の一例を示すブロック図である。この図３に例示したデータベースは、切削加工条件に関するレコードＸｎと、材料状態に関するレコードＹｎとからなるリレーショナル型データベースであって、レコードＸｎの各フィールドＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ４、…によって実際に製作された試験片または製品の調査結果から作成されるか、あるいは有限要素法を用いた計算結果に基づいて、Ｙｉ＝Ｆ（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ４、…）なるデータを出力するように構成されている。
【００１４】
切削加工条件に関するレコードＸｎは、すくい角度Ｘ１、切込み量Ｘ２、送り量Ｘ３、切削速度Ｘ４、横切刃角度Ｘ５…等のデータ（フィールド）を備えている。一方、材料状態に関するレコードＹｎは、残留応力Ｙ１、硬さＹ２、塑性ひずみＹ３、温度Ｙ４、表面粗さＹ５…等のデータ（フィールド）を備えている。
【００１５】
以上のように構成された切削加工制御装置１の作用について図４を参照して説明する。図４は、被加工材である配管の側面図（ａ）および平面図（ｂ）を示す。１０は材料がオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４鋼）で形成された全長がＬの配管であり、その内径を切削して、加工前の寸法Ｄ０から寸法ＤＩに切削加工する。この場合の全切削深さは（ＤＩ−Ｄ０）／２で、切削長さはＬである。
【００１６】
オペレータは、前記データ入力部２から、図２に示す被切削材の材料に係わる入力条件２−１として「ＳＵＳ３０４鋼」を入力し、次に加工後の形状に係わる入力条件２−２として「全切削深さ（ＤＩ−Ｄ０）／２」および「切削加工の範囲Ｌ」を入力する。
【００１７】
次に、被切削材の状態に係わる入力条件２−３として「硬さがＨ以下」であることを入力する。さらにその次に、切削加工条件に係わる入力条件２−４として「横切刃角」および「切削回数」を入力する。そして最後に、工具に係わる入力条件２−５として実際に使用する工具の材料、コーティング材の種類と厚さ、チップ型番、ノーズＲの角度、チップブレーカ形状として先端の角度等必要な条件を入力する。
【００１８】
図３で説明したように、前記データベース３は被切削材１０に関するデータを予め作成済みなので、この作成済みの材料状態データベース３に基づいて自動的に切削加工条件を選択する。
【００１９】
そして、それぞれの入力データの制限と材料状態データベースから硬さがＨ以下となる条件範囲を求め、さらにこの条件範囲の中で、切削時間がもっとも短くなるような組み合わせを「送り量ｆ」、「切込み量Ｄ」、「切削速度Ｖ」の組み合わせから求める。求められた「すくい角度Ｒ」、「切込み量Ｄ」、「送り量ｆ」、「切削速度Ｖ」を前記切削加工条件選定部５から出力器６に出力するとともに、インターフェース７を介して切削加工機８に対して切削加工条件として出力する。切削加工機８はこの切削加工条件に基づいて、切削加工を行う。
なお、加工後に念のため、表面の硬さを硬さ計で測定したところ、指定した硬さ以下になっていることが確認できた。
【００２０】
（第２の実施の形態）
次に図５を参照して第２の実施の形態について説明する。
本実施の形態では、図２に示す入力部の機能は第１の実施の形態と共通であるが、被切削材の材料に対する材料状態データベース３がまだ構築されていない状態であり、この点で切削加工制御装置１Ａの機能ブロック図が第１の実施の形態の図１とは若干異なっている。
このため、本実施の形態による材料状態計算部４Ａでは、図５に示す手順で材料状態を計算するように構成した。
【００２１】
図５において、まず、「すくい角」は一定値としてその値を入力した。そして、求めるパラメータを「切込み量」、「送り量」および「切削速度」とし、それらの最適値を硬さとパラメータの近似式から求めるために、計算に必要なそれぞれのパラメータの設定範囲と設定数を入力する。
【００２２】
ここでは「送り量」はａ１からａ２の範囲、「切込み量」はｂ１からｂ２の範囲、「切削速度」はｃ１からｃ２の範囲とし、それぞれ３水準と入力した。その入力データに基づき、パラメータは３水準に設定されて、それらを組み合わせた全２７条件について自動的に計算を行い、全２７条件について硬さを求めた。そして以下に示す硬さに関する近似式Ｆを作成したた。なお、以下のｆ１〜ｆ７は計算結果から求めた定数である。
2005046929.tif 000003
【００２３】
以上の式から関数形Ｆが求められたため、切削条件が図１の切削加工条件選定部５において第１の実施の形態と同様に求められ、その条件を用いて切削加工を行えば良い。
なお、この計算結果は、材料状態データベース３に保存され、その後の切削条件決定に反映される。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、材料のダメージ（損傷）が設定値以下でかつ、切削時間が短い切削加工条件にて切削加工が可能な切削加工方法および切削加工システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すシステム構成図。
【図２】データ入力部への入力条件を示す図。
【図３】材料状態データベースの一例を示す図。
【図４】被切削材の切削前後の状態を示す図。
【図５】本発明の第２の実施の形態で採用した材料状態計算部の構成図。
【符号の説明】
１…切削加工制御装置、２…データ入力部、３…材料状態データベース、４…材料状態計算部、５…切削加工条件選定部、６…出力部、７…インターフェース、８…切削加工機、１０…被切削材（配管）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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